钢铁行业低碳技术应用现状与展望

钢铁行业低碳技术应用现状与展望

董芳洲

新疆绿企家园节能技术有限公司  新疆乌鲁木齐  830000

摘要：在总结了国外低碳排放项目和国内各大钢企的碳达峰与碳中和的技术节点和低碳技术手段的基础之上，从碳减排、碳零排和碳负排三个层次划分梳理当今钢铁行业的众多低碳技术，并对各个低碳技术的碳排放削减量、成熟度和推广时间进行归纳. 在碳减排方面，通过优化工艺和流程再造减少钢铁行业生产过程中的二氧化碳排放，如高炉炉顶煤气循环技术；在碳零排方面，利用氢气或清洁电能减少或者替代高二氧化碳排放因子煤炭/焦炭的使用，从源头上降低二氧化碳的排放，如氢冶金技术；在碳负排方面，主要从高碳排放强度高炉炼铁工序进行二氧化碳捕集，分别在钢厂内进行自身绿色循环利用和在厂外进行化工联产制造高附加值化工产品（如甲醇乙醇等），对靠近油田的钢材实施二氧化碳地质封存，在末端上降低二氧化碳的排放。

关键词：钢铁行业；低碳技术

引言

近年来，面对资源短缺和环境挑战，绿色低碳可持续发展已成为不可缺少的新发展模式。中国钢铁工业主要以长流程为主，存在产污环节多、能耗高、CO2排放量大及生产系统复杂等问题，尤其是以化石能源为主的高炉工序，其能源消耗约占整个流程的70%左右、CO2约占吨钢总排放的61%，是该流程CO2排放的主要来源，给环境治理、资源利用和经济发展带来了巨大压力。因此，要实现钢铁行业的绿色低碳生产，达到碳中和、碳达峰的目标，高炉工序的节能减排是关键。

1发展绿色钢铁冶金技术的必要性

钢铁冶金行业是建筑行业、军工行业、制造加工行业的基础，对整个社会经济的持续健康发展有着非常重要的作用。但长期以来，我国钢铁冶金行业一直存在严重的污染问题，即便是目前已经引进了大量先进的设备、技术，污染问题一直没有得到有效解决，依然存在粉尘污染、水体污染、噪声污染、生产设备能耗过大等一系列问题。在经济效益的趋势下，很多钢铁冶金行业过于注重生产效益和生产速度，在低碳减排方面没有下足功夫。大力发展绿色钢铁冶金技术，可将低碳减排理念、绿色设计理念、绿色材料、绿色能源等，全部融合到整个绿色钢铁冶金生产过程中，形成一个绿色环保的闭环系统，既能有效降低环境污染，减少能源消耗，还能提升生产效率，从而获得更大的经济效益，促使绿色钢铁冶金行业走可持续发展道路。

2钢铁行业低碳技术应用

2.1高炉喷吹富氢气体工艺

氢气还原以其零排放、无污染、高还原率等特点被视为最具发展前景的清洁能源，所以喷吹富氢介质／全氢替代焦炭和煤是从根本上减少二氧化碳排放的重要手段。然而，由于目前制氢技术、成本以及煤气利用率等方面的问题，钢铁工业不能完全依赖氢作为还原剂，即全氢冶炼还无法实现。因此，高炉富氢冶炼是当前钢铁行业实现节能降耗、低碳环保乃至可持续发展的重要途径，对钢铁行业低碳绿色转型发展具有十分重要的意义。国内外已有高炉喷吹焦炉煤气的工业试验。氢气体实现了高炉冶炼过程中高效减排CO2的目标。但由于氢气还原铁氧化物为吸热反应，如果氢还原比例过高，将会直接影响高炉上部温度场的分布和热交换。另外，氢气还原铁氧化物后转变为水蒸气，相较CO2而言，水蒸气对焦炭结构的破坏更剧烈，加快了焦炭溶损反应的进行，尤其是在炉身下部和炉腹区域，导致焦炭热性能变差。因此，焦炉煤气喷吹量不能太高，否则ＣCO2减排空间有限。此外，由于焦炭的骨架作用，焦比不能降低太多，所以喷吹富氢气体无法从根本上减少CO2排放。

2.2合理调整产品结构，优化生产流程

在钢铁冶金生产中，需要利用大数据技术，全面收集国内外钢铁市场的发展动态，积极吸收国内外先进的冶金生产技术和绿色发展理念，再结合本企业的发展现状，进行集成和创新，调整钢铁冶金产品的生产结构，不仅能契合时代发展的需求，而且还能提升生产质量、降低能耗、节约成本、提升附加值、提高技术水平。促使钢铁冶金企业能够在激烈的市场竞争中占得一席之地。按照钢铁冶金流程工程学原理和现代化钢铁厂工艺流程的发展态势，积极吸取德国、日本等发达国家在绿色钢铁冶金技术方面取得的经验和成果，尽可能做到钢铁冶金生产流程更加紧凑，更加合理，更加流畅。此种生产流程，可有效降低能耗，并打造一个高效率、低能耗、低成本、绿色无污染的钢铁冶金生产系统，更好的顺应中国钢铁工业先进生产力的发展方向。具体而言，需要积极淘汰那些性能滞后、存在安全隐患的工艺和设备，如：小焦炉、小高炉等，建设起大型焦炉、高炉。同时优化钢铁冶炼模式，取消混铁炉，最大限度上缩短铁水的运输距离和时间，提升铁水进入转炉的温度。全面优化轧钢系统产品结构，逐步淘汰落后的轧制生产线，加强钢坯热装热送，提升热轧钢工序综合成材率。

2.3根据行业及其关键技术最新进展，动态调整路径规划

模型预测结果和现实情况必然会存在一定的差距。一些研究中模型输入的参数年份较早，无法反映行业发展、低碳技术成本、政策支撑和约束体系的最新进展，使得模型预测的结果存在明显的系统偏差。在模型的搭建中，不但要考虑到各类输入参数未来可能的变化，还需要根据现实情况中最新进展动态更新和校正参数值，从而对我国钢铁行业中长期低碳发展路径作出更为准确合理的判断。

结语

冶金工业的发展必须以避免对生态环境产生污染为前提和基础，只有冶金工艺和生态保护相互联系、相互结合，我国的冶金产业才能彻底摆脱“产生污染再治理污染”的境地，从而在环保问题上产生突破性的转变。在当前状况下，我国应当擦亮双眼，正确认识到工业发展和环境保护的密切联系，明白二者是相互统一、相辅相成的。注重生态环境的保护我国冶金工业长久发展的基本保障，而有色金属冶金产业中的具体生产办法又为环保工作的开展提供了技术方面的支撑，实际生产过程是对环保工作开展力度、环保政策实施情况的有效检验，注重冶金产业中的环保问题是促进我国生态环境保护工作快速推进的重要力量来源。

参考文献

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